[La mission spatiale MICROSCOPE pour le test du Principe d’Equivalence]
La mission spatiale MICROSCOPE avait pour objectif de tester le Principe d’équivalence (PE) avec une précision bien meilleure que ce qui avait été fait jusqu’alors. Ce type de test a un enjeu important car, tandis que le PE est un pilier de la relativité générale, il n’est pas imposé par la plupart des théories alternatives visant à étendre la gravitation pour l’unifier avec les autres interactions de la physique. Fondamentalement l’expérience consiste à comparer les chutes libres de différentes masses. Pour des raisons de mise en œuvre, le mouvement des masses n’est pas libre mais contrôlé par un accéléromètre (la charge utile du satellite) et c’est la force électrostatique nécessaire à maintenir les masses au repos qui constitue la mesure. Plus précisément, on compare les forces par unité de masse exercées sur des masses concentriques et on recherche dans leur différence la signature d’une différence de comportement vis-à-vis de la gravité terrestre. L’avantage d’un test dans l’espace est de permettre une chute quasi-infinie et de minimiser de nombreuses perturbations environnementales. Le satellite est équipé de micro-propulseurs dont les poussées sont asservies pour d’une part contrebalancer les forces non-gravitationnelles et d’autre part maintenir une loi d’attitude très stable.
Le satellite MICROSCOPE a été lancé en avril 2016 et a fonctionné avec succès jusqu’en octobre 2018, date à laquelle sa passivation a été réalisée. De nombreuses sessions de mesures ont été réalisées, non seulement pour faire le test du PE dans différentes conditions mais aussi pour caractériser l’expérience et étalonner les instruments. Les analyses de l’ensemble des données est en cours de finalisation, mais les résultats obtenus à partir des toutes premières sessions de mesure apportent déjà un progrès important par rapport à l’état de l’art : une seule session de mesure a permis d’améliorer la précision du test d’un ordre de grandeur, concluant à l’absence de violation du PE pour le couple de matériaux platine-titane, au niveau de . Une autre session de mesure comparant 2 masses de mêmes compositions (platine) a permis de vérifier l’absence de systématismes importants dans l’expérience puisque : aucune violation supérieure à n’a été détectée.
The MICROSCOPE space experiment aimed to test the Equivalence Principle with a much better accuracy than ever before. Its principle is to compare the free fall of concentric test masses embedded in a space accelerometer onboard a satellite orbiting the Earth. The effect of non-gravitational forces on the motion of the satellite is strongly reduced thanks to the so-called drag-free system. MICROSCOPE ran from April 2017 until October 2019. The analysis of the first series of measurements leads to an improvement of about an order of magnitude on the accuracy of the test of the Equivalence Principle. No violation has been detected for the pair of masses in platinum and titanium at the level of .
MICROSCOPE, proposed by ONERA and OCA as science leaders and developed by CNES as project manager, is the first European space mission dedicated to fundamental physics on low Earth orbit. ZARM, PTB and ESA are the main European contributors.
Mot clés : Principe d’équivalence, Expérience spatiale, Satellite, Accéléromètres, Compensation de trainée, Masse inertielle, Masse gravitationnelle
CC-BY 4.0
@article{CRPHYS_2020__21_2_139_0,
author = {Pierre Touboul and Gilles M\'etris and Manuel Rodrigues and Yves Andr\'e and Alain Robert},
title = {The {MICROSCOPE} space mission to test the {Equivalence} {Principle}},
journal = {Comptes Rendus. Physique},
pages = {139--150},
publisher = {Acad\'emie des sciences, Paris},
volume = {21},
number = {2},
year = {2020},
doi = {10.5802/crphys.24},
language = {en},
}
TY - JOUR AU - Pierre Touboul AU - Gilles Métris AU - Manuel Rodrigues AU - Yves André AU - Alain Robert TI - The MICROSCOPE space mission to test the Equivalence Principle JO - Comptes Rendus. Physique PY - 2020 SP - 139 EP - 150 VL - 21 IS - 2 PB - Académie des sciences, Paris DO - 10.5802/crphys.24 LA - en ID - CRPHYS_2020__21_2_139_0 ER -
%0 Journal Article %A Pierre Touboul %A Gilles Métris %A Manuel Rodrigues %A Yves André %A Alain Robert %T The MICROSCOPE space mission to test the Equivalence Principle %J Comptes Rendus. Physique %D 2020 %P 139-150 %V 21 %N 2 %I Académie des sciences, Paris %R 10.5802/crphys.24 %G en %F CRPHYS_2020__21_2_139_0
Pierre Touboul; Gilles Métris; Manuel Rodrigues; Yves André; Alain Robert. The MICROSCOPE space mission to test the Equivalence Principle. Comptes Rendus. Physique, Volume 21 (2020) no. 2, pp. 139-150. doi : 10.5802/crphys.24. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.5802/crphys.24/
[1] Discours et démonstrations mathématiques concernant deux sciences nouvelles, Presses Universitaires de France, 1995 (French translation by M. Clavelin)
[2] Principes mathématiques de la philosophie naturelle, Librairie scientifique et technique Albert Blanchard, 1966 (French translation by la Marquise du Chastellet) | Zbl
[3] Beiträge zum Gesetz der Proportionalität von Trägheit and Gravität, Ann. Phys., Volume 68 (1922), p. 11 (English translation in Annales Universitatis Scientiarium Budapestiensis de Rolando Eötvös Nominate, Sectio Geologica, 7, 111, 1963) | DOI
[4] Test of the equivalence principle using a rotating torsion balance, Phys. Rev. Lett., Volume 100 (2008) no. 4, 041101 | DOI
[5] Recent progress in lunar laser ranging at grasse laser ranging station, Earth Space Sci., Volume 7 (2020) no. 3, e2019EA000785 | DOI
[6] Testing relativity with laser ranging to the moon, Phys. Rev., Volume 170 (1968), pp. 1186-1187 | DOI
[7] The new lunar ephemeris INPOP17a and its application to fundamental physics, Mon. Not. R. Astron. Soc., Volume 476 (2018) no. 2, pp. 1877-1888 | DOI
[8] Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogene Folgerunge, Jahrb. Radioakt Elektronik, Volume 4 (1907), p. 411 English translation in The Collected Papers of Albert Einstein Volume 2, A. Beck and P. Havas (Princeton University Press, 1989) doc.47.
[9] Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie, Ann. Phys., Volume 354 (1916), pp. 769-822 | DOI | Zbl
[10] et al. Observation of gravitational waves from a binary black hole merger, Phys. Rev. Lett., Volume 116 (2016), 061102 | MR
[11] Theoretical aspects of the equivalence principle, Class. Quantum Gravity, Volume 29 (2012) no. 18, 184001 | DOI | MR | Zbl
[12] An Eötvös experiment in earth orbit, Proc. Conf. on Experimental Tests of Gravitation Theories (R. W. Davies, ed.), Volume JPL TM 33-499, California Institute of Technology, Passadena, 1970, 228 pages
[13] Historical perspective on testing the equivalence principle, Adv. Space Res., Volume 32 (2003) no. 7, pp. 1297-1300 | DOI
[14] MICROSCOPE, testing the equivalence principle in space, C. R. Acad. Sci., Paris IV, Volume 2 (2001) no. 9, pp. 1271-1286
[15] The MICROSCOPE experiment, ready for the in-orbit test of the equivalence principle, Class. Quantum Gravity, Volume 29 (2012) no. 18, 184010 | DOI
[16] Validation of the in-flight calibration procedures for the MICROSCOPE space mission, Adv. Space Res., Volume 52 (2013) no. 9, pp. 1634-1646 | DOI
[17] Space test of the equivalence principle: first results of the MICROSCOPE mission, Class. Quantum Gravity, Volume 36 (2019) no. 22, 225006 | DOI
[18] First in orbit results from DEMETER, 28th Annual AAS Control and Guidance Conference, Univelt, San Diego, CA, 2005
[19] Myriade : an adaptative concept, 5th ESA International Conference on Spacecraft Guidance, Navigation and Control Systems in Frascati, ESA Publications Division, Oordwijk, 2002
[20] MICROSCOPE mission: on-orbit assessment of the drag-free and attitude control system, Paper presented at 31st International Symposium on Space Technology and Science (ISTS 2017), Matsuyama-Ehime, Japan (2017)
[21] In orbit nano-g measurements, lessons for future space missions, Aerosp. Sci. Technol., Volume 8 (2004) no. 5, pp. 431-441 | DOI
[22] Precise accelerometry onboard the grace gravity field satellite mission, Adv. Space Res., Volume 42 (2008) no. 8, pp. 1414-1423 | DOI
[23] Accelerometers of the GOCE mission: return of experience from one year of in-orbit, ESA Living Planet Symposium (ESA Special Publication), Volume 686 (2010), 57 pages
[24] GOCE gravitational gradiometry, J. Geod., Volume 85 (2011), pp. 777-790 | DOI
[25] On-ground investigation of space accelerometers noise with an electrostatic torsion pendulum, Rev. Sci. Instrum., Volume 71 (2000) no. 1, pp. 302-309 | DOI
[26] MICROSCOPE mission: first results of a space test of the equivalence principle, Phys. Rev. Lett., Volume 119 (2017) no. 23, p. 231101-1–231101–7 | DOI
Cité par Sources :
Commentaires - Politique
30 years of CNES parabolic flights for the benefit of the scientific community
Sébastien Rouquette
C. R. Méca (2023)